Cu-15Ni-28Zn-13Mn-xCo合金的制备与加工性能研究

【摘要】：本试验通过制备Cu-15Ni-28Zn-13Mn-xCo（x=0%、0.18%、0.26%、0.51%和0.65%）合金，并采用硬度、室温拉伸试验、XRD、OM、SEM、TEM和能谱分析等技术，研究合金的组织性能及其与Co含量的关系，确定合金的最佳加工方式以及Co含量对合金组织性能的影响规律，结论如下： ⑴通过对合金组元与氧反应的热力学和动力学分析可知。熔铸过程中合金元素与氧反应方程的G﹤0，这表明在热力学上金属的氧化是完全的自发反应；通过对熔铸过程中动力学的分析，可将之分为两个阶段：化学反应阶段和内扩散阶段，推导出其动力学公式分别为—为降低反应分数R，可通过温度、时间、覆盖剂等条件的改善来减缓合金元素的氧化。 ⑵铸态Cu-15Ni-28Zn-13Mn合金组织存在晶内偏析现象，偏析元素为Ni、Mn。在合金中添加Co能细化晶粒。但当Co含量超过一定值时（0.51%），晶粒细化程度的增量开始减小。未含Co的铸态合金的平均晶粒尺寸和小角度晶界比例分别为109.6μm和0.29，含0.26%Co时合金的平均晶粒尺寸和小角度晶界比例分别为43.2μm和0.85。由于Co熔点较高，在凝固过程中成为核心，所以Co在晶内分布较多、晶界分布较少。含0.51%Co的铸态合金的硬度为119Hv，比不含Co的合金的硬度（104Hv）提高了14.4%。 ⑶铸态晶粒被细化后，晶粒的比表面积增加，活性增强，原子易于扩散；晶粒体积减小，偏析区域缩小，偏析原子扩散的距离缩短。因此，添加Co会影响合金均匀化处理过程，降低均匀化处理温度或缩短处理时间。含钴合金的合理的均匀化处理条件为750℃×18h。经50%热轧变形，含0.65%Co合金的硬度为197Hv，比未含Co的合金的硬度（126Hv）增加56.3%。经800℃×1h固溶处理后，含0.65%Co合金的硬度为156Hv，比未含Co的合金的硬度（117Hv）增加33.3%。 ⑷冷轧中破碎的晶粒在时效过程中能促进第二相的析出。合金进行70%冷形变后，β相在时效过程中形成连续析出，与基体成共格结构，提高时效强化效果。含0.65%Co的合金经70%冷形变后，试样的抗拉强度和伸长率分别为922MPa和3.5%，比不含Co的合金的强度（875MPa）及伸长率（2.8%）分别提高了5.4%、25%。冷变形合金经400℃×8h时效处理后，含0.65%Co合金的抗拉强度及伸长率分别为1140MPa和3.80%，比未含钴合金的抗拉强度（929MPa）增加了22.7%、伸长率（3.64%）增加4.4%。随着时效时间的延长，β相逐渐扩散均匀，拉伸断口处韧窝密度提高，合金塑性提高。